流量測量范文

導(dǎo)語：如何才能寫好一篇流量測量，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

論文摘要：對目前重要的不同的流量計（容積式計量表，質(zhì)量流量計，電磁流量計）的原理、測量方法、應(yīng)用條件、注意事項等進(jìn)行了總結(jié)，進(jìn)而對流量測量有進(jìn)一步的了解。

1研究背景：

計量是工業(yè)生產(chǎn)的眼睛。流量計量是計量科學(xué)技術(shù)的組成部分之一,它與國民經(jīng)濟(jì)、國防建設(shè)、科學(xué)研究有密切的關(guān)系。做好這一工作對于保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、促進(jìn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展都具有重要的作用。特別是在能源危機(jī)、工業(yè)生產(chǎn)自動化程度愈來愈高的當(dāng)今時代,流量計在國民經(jīng)濟(jì)中的地位與作用更加明顯。

節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)是大多數(shù)先進(jìn)企業(yè)非常關(guān)心的問題。而要確保壓縮空氣系統(tǒng)高效地運(yùn)轉(zhuǎn)，流量測量是至關(guān)重要的。對一個典型壓縮空氣系統(tǒng)的全部成本進(jìn)行分析后，我們發(fā)現(xiàn)最大的成本是由電力消耗，而不是系統(tǒng)的投資或維護(hù)產(chǎn)生的。

一臺新式的壓縮機(jī)將百分之九十的電力轉(zhuǎn)換成熱量，而僅將百分之十轉(zhuǎn)換成壓縮空氣，這就使得壓縮空氣比電要貴十倍。測量耗電量隨處可見，但是測量壓縮空氣消耗量的企業(yè)并不多。不進(jìn)行測量就意味著不知道系統(tǒng)的效率。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示百分之三十的壓縮空氣會由于泄漏而損失掉，這本來是可以被檢測出來并修理好的。

還有另外一個重要問題：二氧化碳總排放量的百分之四十來自于工業(yè)。這些二氧化碳是在燃燒礦物燃料（媒、石油、煤氣等）來發(fā)電的過程中產(chǎn)生的。我們都知道，過多的二氧化碳會造成全球變暖。在能源變得短缺并且環(huán)保和我們每一個人息息相關(guān)的時候，流量測量將幫助您依據(jù)消耗量和泄漏檢測來分析您的系統(tǒng)，從而減少能耗和成本。

2調(diào)研目的：

由于流量是一個動態(tài)量,流量測量是一項復(fù)雜的技術(shù)。從被測流體來說,包括氣體、液體和混合流體這三種具有不同物理特性的流體;從測量流體流量時的條件來說,又是多種多樣的,如測量時的溫度可以從高溫到低溫;測量時的壓力可以從高壓到低壓;被測流量的大小可以從微小流量到大流量;被測流體的流動狀態(tài)可以是層流、湍流等等。此外就液體而言,還存在粘度大小不同等情況。

調(diào)研的目的就是對目前重要的不同的流量計的原理、測量方法、應(yīng)用條件、注意事項等進(jìn)行了總結(jié)，進(jìn)而對流量測量有進(jìn)一步的了解，對以后的研究工作起一定的指導(dǎo)意義。

3調(diào)研內(nèi)容

3.1概述

3.1.1流量的概念

流體在單位時間內(nèi)流經(jīng)某一有效截面的體積或質(zhì)量，前者稱體積流量（m3/s)，后者稱質(zhì)量流量(kg/s)。

如果在截面上速度分布是均勻的，則：

如果介質(zhì)的密度為，那么質(zhì)量流量

流過管道某截面的流體的速度在截面上各處不可能是均勻的，假定在這個截面上某一微小單元面積上速度是均勻的，流過該單元面積上的體積流量為，整個截面的流量為；測量某一段時間內(nèi)流過的流體量，即瞬時流量對時間的積分，稱之流體總量。，用來測量流量的儀表統(tǒng)稱為流量計。測量總量的儀表稱為流體計量表或總量計。

3.1.2流體的幾個概念

(1)粘性

在流體的內(nèi)部相互接觸的部分在其切線方向的速度有差別時會產(chǎn)生減小其速度差的作用。這是因?yàn)榱魉倏斓牟糠忠铀倥c其相接觸的流速慢的部分，而流速慢的部分要減小與其相接觸的流速快的部分，流體的這種性質(zhì)，稱為粘性。衡量流體粘性大小的物理量稱為粘度

設(shè)有兩塊面積很大距離很近的平板，兩平板中間是流體。令底下的平板保持不動，而以一恒定力推動上面平板，使其以速度v沿x方向活動。由于流體粘性的作用，附在上板底面的一薄層液體以速度v隨上板運(yùn)動。而下板不動故附在其上的流體不動，所以兩板間的液體就分成無數(shù)薄層而運(yùn)動，如圖所示。作用力F與受力面平行，稱為剪力，剪力與板的速度v、板的面積S成正比，而與兩板間的距離y成反此，即

（圖）平板間流體速度變化

h稱為粘度，或動力粘度(dynamicviscosity)，單位是：泊（P）(Pa.s)

(2)層流和紊流

流體在細(xì)管中的流動形式可分為層流和紊流兩種。所謂層流(laminarflow)就是流體在細(xì)管中流動的流線平行于管軸時的流動。所謂紊流(turbulentflow)就是流體在細(xì)管中流動的流線相對混亂的流動。利用雷諾數(shù)可以判斷流動的形式。如果雷諾數(shù)小于某一值時，可判斷為層流，而大于此值時則判斷為紊流。

由此，我們發(fā)現(xiàn)管內(nèi)流體流動時存在著兩種狀態(tài)：一為層流狀面一為紊流狀態(tài)．在不同的流動狀態(tài)下，流體有不同的流動特性。在層流流動狀態(tài)時，流量與壓力降成正比；在紊流流動狀態(tài)時，流量與壓力降的平方根成正比，而且在層流與紊流兩種不同的流動狀態(tài)時，其管內(nèi)的速度分布也大不相同。這些對于許多采用測量流速來得到流量的測量方法是很重要的。

(3)雷諾數(shù)

雷諾數(shù)是表征流體流動時慣性力與粘性力之比。利用細(xì)管直徑d，可求出雷諾數(shù)：

為細(xì)管中的平均流速；為流體的運(yùn)動粘度,d為管徑。Rd＜2320時為層流，Rd＞2320時為紊流；所謂平均流速，一般是指流過管路的體積流量除以管路截面積所得到的數(shù)值。

(4)流體流動的連續(xù)性方程

流體在管道內(nèi)作穩(wěn)定流動的情況:，若流體是不可壓縮的，即則

（圖）某一段流體管道

即流體在穩(wěn)定流動，且不可壓縮時，流過各截面流體的體積為常量。因此利用上式，很方便的求出流體流過管道不同截面時的流速。

（4）流體伯努力方程

3.2流量計

3.2.1容積式計量表

這類儀表用儀表內(nèi)的一個固定容量的容積連續(xù)地測量被測介質(zhì)，最后根據(jù)定量容積稱量的次數(shù)來決定流過的總量。習(xí)慣上人們把計量表也稱為流量計。根據(jù)它的結(jié)構(gòu)不同，這類儀表主要有橢圓齒輪流量計、腰輪流量汁、活塞式流量計等。

(1)橢圓齒輪流量計

（圖）橢圓齒輪流量計原理圖

腰輪流量計（羅茨流量計）

（圖）腰輪流量計原理圖

腰輪流量計除可測液體外，還可測量氣體，精度可達(dá)±0.1％，并可做標(biāo)準(zhǔn)表使用；最大流量可達(dá)1000m3/h。

(2)容積式流量計的誤差

儀表輸出由指針指示，指示值I:

其中：

流量較小時，誤差為負(fù)值，在流量增大時、誤差為正值、且基本保持不變(曲線1)。這種現(xiàn)象主要是由于在運(yùn)動件的間隙中泄漏所引起的。這個泄漏量與間隙、粘度、前后壓差有關(guān)，另外也和流過體積V所需的時間有關(guān)。

容積式流量計的測量誤差值E，可由指示值與真值之差與指示值之比表示。設(shè)：V為通過流量計的流體體積真值；I為流量計指示值，則誤差值E可表示為

，為流量儀表的流量，，

，

（圖）容積式流量計的誤差曲線

（3）適用范圍

1）可用于各種液體流量的測量，尤其是用于油流量的準(zhǔn)確測量

2）高壓力、大流量的氣體流量測量

3）適用于性較好、粘度較高的重質(zhì)油品，如原油、重質(zhì)成品油等的計量

4）計量范圍受到轉(zhuǎn)子重量的影響，其精度只適用于一定流量的計量，計量更大流量時，要幾臺并聯(lián)使用

由于橢圓齒輪容積流量計直接依靠測量輪嚙合，因此對介質(zhì)的清潔要求較高，不允許有固體顆粒雜質(zhì)流過流量計．

3.2.2浮子流量計（轉(zhuǎn)子流量計）

(1)原理

浮子流量計的測量本體由一根自下向上擴(kuò)大的垂直錐管和一只可以沿著錐管的軸向自由移動的浮子組成．如圖下

（圖）浮子流量計測量原理圖

當(dāng)被測流體自錐管下端流入流量計時，由于流體的作用，浮子上下端面產(chǎn)生一差壓，該差壓即為浮子的上升力。當(dāng)差壓值大于浸在流體中浮子的重量時，浮子開始上升。隨著浮子的上升．浮子最大外徑與錐管之間的環(huán)形面積逐漸增大，流體的流速則相應(yīng)下降，作用在浮子上的上升力逐漸減小，直至上升力等于浸在流體中的浮子的重量時，浮子便穩(wěn)定在某一高度上。這時浮子在錐管中的高度與所通過的流量有對應(yīng)的關(guān)系。

（2）所受力的分析

作用在浮子上的力有：

流體自下而上運(yùn)動時，作用在浮子上的阻力F;浮子本身的垂直向下的重力W；流體對浮子所產(chǎn)生的垂直向上的浮力B。當(dāng)浮子處于平衡狀態(tài)時，可列出平衡方程式

式中，cd為浮子的阻力系數(shù)；ro為流體密度；v為環(huán)形流通面積的平均流速：Af為浮子的最大迎流面積。

為浮子材料的重度；為浮子的體積

浮子在流體中所受的浮力為：為流體的重度

該環(huán)形流通面積為A0，則體積流量為

設(shè)，稱為流量系數(shù)，則

（3）注意事項

只要保持流量系數(shù)a為常數(shù)，則流量與浮子高度h之間就存在一一對應(yīng)的近似線性關(guān)系．我們可以將這種對應(yīng)關(guān)系直接刻度在流量計的錐管上．顯然，對于不同的流體，由于密度發(fā)生變化，所以qv與h之間的對應(yīng)關(guān)系也將發(fā)生變化，原來的流量刻度將不再適用．所以原則上，轉(zhuǎn)子流量計應(yīng)該用實(shí)際介質(zhì)進(jìn)行標(biāo)定．

3.2.3電磁流量計

電磁流量計是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律制成的一種測量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。屬于測速式流量計

（1）原理

（圖）電磁流量計原理圖

如圖所示，設(shè)在均勻磁場中，垂直于磁場方向有一個直徑為D的管道。管道由不導(dǎo)磁材料制成，當(dāng)導(dǎo)電的液體在導(dǎo)管中流動時，導(dǎo)電液體切割磁力線，因而在磁場及流動方向垂直的方向上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，如安裝一對電極，則電極間產(chǎn)生和流速成比例的電位差。

式中，c為感應(yīng)電動勢：B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，D為管道內(nèi)徑；v為液體在管道內(nèi)平均流速。

（2）使用條件

優(yōu)點(diǎn)：

1）可以測量各種腐蝕性介質(zhì)：酸、堿、鹽溶液以及帶有懸浮顆粒的漿液

2）此流量計無機(jī)械慣性，反應(yīng)靈敏，可以測量脈沖流量，而且線性較好，可以直接進(jìn)行等分刻度局限性：

1）只能測量導(dǎo)電液體，因此對于氣體、蒸氣以及含大量氣泡的液體，或者電導(dǎo)率很低的液體不能測量

2）由于測量管內(nèi)襯材料一般不宜在高溫下工作，所以目前一般的電磁流量計還不能用于測量高溫介質(zhì)[（3）分類

直流勵磁、交流勵磁、低頻方波勵磁

3.2.4質(zhì)量流量計

在工業(yè)生產(chǎn)中，由于物料平衡，熱平衡以及儲存、經(jīng)濟(jì)核算等所需要的都是質(zhì)量，并非體積，所以在測量工作中，常需將測出的體積流量，乘以密度換算成質(zhì)量流量。但由于密度隨溫度、壓力而變化，所以在測量流體體積流量時，要同時測量流體的壓力和密度，進(jìn)而求出質(zhì)量流量。在溫度、壓力變化比較頻繁的情況下，難以達(dá)到測量的目的。這樣便希望用質(zhì)量流量計來測量質(zhì)量流量，而無需再人工進(jìn)行上述換算。

（1）分類

1）直接式：即直接檢測與質(zhì)量流量成比例的量，檢測元件直接反映出質(zhì)量流量。

2）推導(dǎo)式：即用體積流量計和密度計組合的儀表來測量質(zhì)量流量，同時檢測出體積流量和流體密度，通過運(yùn)算得出與質(zhì)量流量有關(guān)的輸出信號。

3）補(bǔ)償式：同時檢測流體的體積流量和流體的溫度、壓力值，再根據(jù)流體密度與溫度、壓力的關(guān)系，由計算單元計算得到該狀態(tài)下流體的密度值，最后再計算得到流體的質(zhì)量流量值。

補(bǔ)償式質(zhì)量流量則量方法，是目前工業(yè)上普遍應(yīng)用的一種測量方法。

（2）熱式質(zhì)量流量計

熱式質(zhì)量流量計是由外熱源對被測流體加熱，測量因流體流動而造成的溫度變化來反映質(zhì)量流量，或利用加熱流體時流體溫度上升所需能量與流體質(zhì)量之間關(guān)系測量流體質(zhì)量流量的儀表。比較典型的一種是托馬斯流量計。

（圖）托馬斯氣體流量計原理圖

加熱氣體所需要的能量和加熱器上下游溫差之間的關(guān)系可表示為：

由上式可得氣體的質(zhì)量流量可表示為

從上式知，若采用恒定功率法，即保持功率E為常數(shù)，則溫差與質(zhì)量流量成反比，測量溫差即得流量；若采用恒定溫差法，即保持溫差為常數(shù)，則加熱器輸入功率E與質(zhì)量流量成反比，測得加熱器功率E即可得值。實(shí)用上，無論從特性關(guān)系或?qū)崿F(xiàn)測量的手段看，恒定溫差法都比恒定功率法簡單，因而應(yīng)用較多。

（3）推導(dǎo)式質(zhì)量流量計

它是由體積流量計和密度計組合而成的，其形式可分為

1）檢測的流量計和密度計的組合方式；

2）檢測的流量計和密度計的組合方式；其中為流體密度，為體積流量

3）檢測的流量計和檢測的流量計的組合方式；

（圖）檢測器與密度計的組合質(zhì)量流量計原理圖

（圖）檢測器和密度計組合的質(zhì)量流量計原理圖

（圖）檢測器和檢測器組合的質(zhì)量流量計原理圖

4調(diào)研總結(jié)

首先，由于流量是一個動態(tài)量,流量測量是一項復(fù)雜的技術(shù)。對在一定通道內(nèi)流動的流體的流量進(jìn)行測量統(tǒng)稱為流量計量。流量測量的流體是多樣化的，如測量對象有氣體、液體、混合流體；流體的溫度、壓力、流量均有較大的差異，要求的測量準(zhǔn)確度也各不相同。因此，流量測量的任務(wù)就是根據(jù)測量目的，被測流體的種類、流動狀態(tài)、測量場所等測量條件，研究各種相應(yīng)的測量方法，并保證流量量值的正確傳遞。

經(jīng)過幾天的調(diào)研，對目前重要的不同的流量計的原理、測量方法、應(yīng)用條件、注意事項等進(jìn)行了總結(jié)，進(jìn)而對流量測量有了進(jìn)一步的了解。達(dá)到了調(diào)研目的。

其次，流量儀表伴隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展有必要逐步完善其性能,而技術(shù)的進(jìn)步也讓流量儀表的完善成為可能。盡管有些儀表（如電磁）的性能相對較為優(yōu)越，但也并非盡善到可取代所有的流量儀表，況且，它當(dāng)前的價格還較昂貴，使用的經(jīng)驗(yàn)還不足，有待積累。工業(yè)領(lǐng)域十分廣闊，還沒有一種儀表可以滿足一切要求。所以盡管發(fā)展趨勢有增有減，而取代的過程將是緩慢的。

最后，調(diào)研內(nèi)容有一定的根據(jù)性，對現(xiàn)實(shí)中流量的測量、應(yīng)用，都有一定的幫助

參考文獻(xiàn)

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[9]黃雪蓮，質(zhì)量流量計相對誤差測量結(jié)果的不確定度評定，2008.

篇2

[關(guān)鍵詞]電磁流量計 攪拌器葉片 脈動

中圖分類號：O441.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）24-0005-01

一、 電磁流量計原理

電磁流量計是一種根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律來測量管內(nèi)導(dǎo)電介質(zhì)體積流量的感應(yīng)式儀表，管道內(nèi)的勵磁線圈產(chǎn)生磁場，被測介質(zhì)流過管道做切割磁力線，在兩個檢測電極上產(chǎn)生感應(yīng)電勢，其大小正比于流體的運(yùn)動速度。測量管道通過不導(dǎo)電的內(nèi)襯（橡膠，特氟隆等）實(shí)現(xiàn)與流體和測量電極的電磁隔離。其電壓信號轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器處理后，再經(jīng)微處理器處理后，輸出與流量成線性關(guān)系的信號，供后位儀表供記錄、調(diào)節(jié)和控制使用，也可與上位機(jī)通訊（RS485）

二、電磁流量計測量精度

不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導(dǎo)率變化的影響，傳感器感應(yīng)電壓信號與平均流速呈線性關(guān)系，因此測量精度高，一般為1%。

三、電磁流量計的特點(diǎn)

沒有可動部件和凸出于流體中的零件，具有很高的可靠性，用來測各種酸、堿、鹽溶液，礦漿、糖漿、污水、啤酒、麥汁、等導(dǎo)電流體的流量等各種懸浮物、氣化汽和粘性物質(zhì)的流量。另外由于其密封性能好，還可用于自來水和地下水道系統(tǒng)。

四、電磁流量計的優(yōu)點(diǎn)

測量管道內(nèi)無阻流件，因此沒有附加的壓力損失；測量管道內(nèi)無可動部件，因此傳感器壽命極長。傳感器部分只有內(nèi)襯和電極與被測液體接觸，只要合理選擇電極和內(nèi)襯材料，即可耐腐蝕和耐磨損。

五、攪拌葉片對流量測量的影響

電磁流量計示值以固定的頻率上、下跳動，我廠一段工藝流程如下圖所示：

母液經(jīng)電磁流量計從前一設(shè)備送向母液罐，儀表投運(yùn)后，流量示值以固定頻率上、下跳動。DCS顯示屏上顯示的瞬時流量歷史曲線成一根很寬的帶子，現(xiàn)場檢查前后直管段長度及接地等安裝條件均符合要求，尚未查出原因。

一次偶然的機(jī)會，母液罐內(nèi)的攪拌器停止運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)現(xiàn)流量示值自己恢復(fù)穩(wěn)定，向操作者調(diào)查工藝操作上有何變化，才知母液罐內(nèi)的攪拌器停止轉(zhuǎn)動，進(jìn)一步調(diào)查發(fā)現(xiàn)，此攪拌器是側(cè)壁安裝，而且其位置距安裝流量計的進(jìn)料管口僅一米左右，很明顯攪拌器槳葉以固定周期翻起波浪，使得進(jìn)料口處的阻力周期變化管內(nèi)流速脈動。電磁流量計出口端到容器壁的距離L太近，大約1.5米，使流量計出口流速不穩(wěn)，流量計示值產(chǎn)生有規(guī)則的搖擺。然后將電磁流量計從A位置改到B位置，遠(yuǎn)離原安裝位置10米，流量計示值穩(wěn)定。

六、示值脈動的危害

如上述流量脈動對儀表積算總量影響不大，因?yàn)閿嚢杵鳂~引起脈動頻率較低，其數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于所選電磁流量計的激勵頻率，所以盡管流量示值大幅度周期擺動，但其準(zhǔn)確度并無明顯變化，其影響僅僅是示值難以讀數(shù)和DCS中趨勢取現(xiàn)無法制作。

七、脈動幅度過大時如何處理

脈動劉德平均值如果離標(biāo)尺上線不遠(yuǎn)，則脈動峰值很容易超過上限而進(jìn)入飽和區(qū)，導(dǎo)致儀表示值偏低，這時就須啟用電磁流量計的脈動流測量功能。具有脈動流測量能力的電磁流量計，當(dāng)它選用較高的激勵頻率時，能對脈動流做出快速響應(yīng)，因此能對脈動流量進(jìn)行測量，常用來測量往復(fù)泵。隔膜泵等的出口流量。

能用于脈動流測量的電磁流量計，通常在下列3個方面須作特殊設(shè)計，并在投運(yùn)時作適當(dāng)?shù)恼{(diào)試，即激勵頻率可調(diào)，流量計的模擬信號處理部分應(yīng)防止脈動峰值到來時進(jìn)入飽和狀態(tài)，為了讀出流量平均值，應(yīng)對現(xiàn)實(shí)部分做平滑處理。

1、 激勵頻率的決定

以IFM型電磁流量計為例，該儀表的技術(shù)資料提出，當(dāng)脈動頻率低于1.33時，可以采用穩(wěn)定流時的激勵頻率；當(dāng)脈動頻率為1.33------3.33時激勵頻率應(yīng)取25Hz，顯然，激勵頻率要求雖然不很嚴(yán)格，但是必須與脈動頻率相適應(yīng)，太高和太低都是不利的。

2、 流量信號輸入通道飽和問題

脈動流的脈動幅值有時高的出奇，如果峰值出現(xiàn)時儀表的流量信號輸入通道進(jìn)入飽和狀態(tài)，就如同峰值被消除，必將導(dǎo)致儀表示值偏低。

IFM型電磁流量計流量信號輸入通道的設(shè)計分兩檔，其中測量穩(wěn)定流時，A/D轉(zhuǎn)換器只允許輸入滿量程信號的150%，而測量脈動流流量時，允許輸入滿量程信號的1000%。因此，在測量脈動流流量時，編寫菜單應(yīng)指定流動類型為“PULSATING（脈動流）而不是”STEADY”（定常流）。

3、 時間常數(shù)的選擇

由于電磁流量計的測量部分能快速響應(yīng)脈動流流量的變化，忠實(shí)地反映實(shí)際流量，但是顯示部分如果也如實(shí)地顯示流量值，勢必導(dǎo)致顯示值上、下大幅度跳動，難以讀數(shù)，所以顯示應(yīng)取一段時間內(nèi)的平均值，其實(shí)現(xiàn)方法通常是串入一階慣性環(huán)節(jié)，選定合適的時間常數(shù)后，儀表就能穩(wěn)定顯示。但若時間常數(shù)選的太大，則在平均流量變化時，顯示部分應(yīng)遲鈍，為觀察者帶來錯覺。

IFM儀表資料提出了計算時間常數(shù)t（s）的經(jīng)驗(yàn)公式：t（s）=1000/N

N-----每分鐘脈動次數(shù)

篇3

關(guān)鍵詞：注汽鍋爐 兩相流 干度 流量

蒸汽吞吐是熱力開采稠油油藏的主要方式, 濕蒸汽的流量及干度計量也就成為生產(chǎn)效果的有力保障，同時為了防止注汽鍋爐的爐管內(nèi)結(jié)垢，要求鍋爐出口的蒸汽為干度為70-80%為宜。由于濕蒸汽的計量為流量、干度雙參數(shù)計量，十分復(fù)雜。從國內(nèi)的研究狀況來看，還沒有非常成熟的應(yīng)用技術(shù)，有限的幾種方法，具有一定的局限性。國際上具代表性的測量裝置有γ射線密度計-渦輪流量計-文丘利管組合裝置和γ射線密度計-網(wǎng)狀靶組合裝置等測量裝置，但是投資昂貴，運(yùn)行費(fèi)用高。

本技術(shù)是在單相流標(biāo)準(zhǔn)孔板、文丘利管[1]的基礎(chǔ)上加以發(fā)展，根據(jù)汽、水兩相流通過標(biāo)準(zhǔn)孔板、文丘利管的壓降規(guī)律，建立數(shù)學(xué)模型，開發(fā)了聯(lián)合式濕蒸汽流量、干度測量裝置，經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行，解決這一測量難題，滿足工程實(shí)際的生產(chǎn)需要。

1、測試原理研究

該測量系統(tǒng)由經(jīng)過標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)孔板、經(jīng)典文丘利管作為一次測量元件，高精度壓力傳感器、智能型差壓變送器[2]轉(zhuǎn)換并傳輸標(biāo)準(zhǔn)信號，標(biāo)準(zhǔn)4～20mA DC信號經(jīng)I/V轉(zhuǎn)換成1～5V電壓信號，進(jìn)入高速數(shù)據(jù)采集卡，首先在工控機(jī)中根據(jù)壓力信號P調(diào)用IAPWS-IF97標(biāo)準(zhǔn)汽、水性質(zhì)模塊計算出飽和水、飽和蒸汽的密度及比焓；

對于標(biāo)準(zhǔn)孔板及經(jīng)典文丘利管兩節(jié)流件有以下兩流量方程

Qm1= （ΔP1，X1）

（1）

Qm2= （ΔP2，X2）

（2）

根據(jù)質(zhì)量守恒定律，流經(jīng)兩流量計的質(zhì)量流量相同；管道經(jīng)良好保溫處理，忽略沿程熱量損失及壓力損失，濕蒸汽無相變，流經(jīng)兩流量計的濕蒸汽干度也相同。

則有條件

Qm1= Qm2

（3）

X1 = X2

（4）

注：下標(biāo)1代表標(biāo)準(zhǔn)孔板處的參數(shù)，下標(biāo)2代表文丘利管處的參數(shù) Qm為質(zhì)量流量，ΔP為壓差，X1為干度

聯(lián)立方程1、2、3、4即可根據(jù)差壓信號、汽水密度算出濕蒸汽的干度、質(zhì)量流量、載熱量，同時對質(zhì)量流量、載熱量進(jìn)行累積運(yùn)算。重要參數(shù)適時存儲于數(shù)據(jù)庫，作為歷史數(shù)據(jù)以備后期調(diào)用。系統(tǒng)通過D/A通道或標(biāo)準(zhǔn)通訊接口輸出干度、累積流量，供上位機(jī)使用。原理圖如下：

圖1 聯(lián)合式濕蒸汽流量測量工程原理圖

汽、水性質(zhì)模塊執(zhí)行最新的IAPWS-IF97公式，與IF-67相比計算精度提高10倍以上，且重復(fù)計算精度高。而運(yùn)算速度提高4～12倍。

2、兩相流測量數(shù)學(xué)模型[3]

對于直流鍋爐，在穩(wěn)定工況下，根據(jù)流體連續(xù)性原理可知，其濕蒸汽的質(zhì)量流量近似等于給水質(zhì)量流量。則濕蒸汽的質(zhì)量流量、干度和孔板差壓之間的關(guān)系可以抽象地用下式描述：

（5）

式中：G為濕蒸汽的質(zhì)量流量，P為孔板差壓，X為蒸汽干度， 為蒸汽和水的熱物性參數(shù)向量。

對于飽和蒸汽與水的熱物性參數(shù)向量有：

（6）

式中：P為局部工作壓力。

求解非線性方程（5），（6）就可以計算出鍋爐出口的蒸汽干度。考慮到汽水兩相流為單組份流，并且工作壓力較高，其流動特性近似于單相流動，因此可選用均相流孔板測量模型來處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)。所用的均相流模型為：

（7）

式中：G為兩相流總質(zhì)量流量， 為孔板在飽和蒸汽中的流量系數(shù)， 為飽和蒸汽的流束膨脹系數(shù)，F(xiàn)為孔板流通截面積， 為兩相流等效平均密度，P為孔板的差壓，K為系數(shù)，取決于計算常數(shù)及單位。

兩相流的等效平均密度 由下面的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計算：

（8）

式中： 為飽和水的密度， 為飽和汽的密度，X 為蒸汽干度，C 為兩相流經(jīng)驗(yàn)修正因子。

影響修正因子C的主要因素為兩相流速之比，即滑移比。在一定條件下可以近似的認(rèn)為滑移比主要表現(xiàn)為兩相密度比的函數(shù)。對于汽水兩相流，兩相密度比取決于工作壓力與水的臨界壓力之比。因此，可認(rèn)為兩相流修正因子C是工作壓力與臨界壓力之比的函數(shù)：

（9）

式中： 為工作壓力，P0為臨界壓力

用數(shù)學(xué)回歸的方法整理不同的壓力下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，給出了修正因子的經(jīng)驗(yàn)公式：

用于鍋爐出口 （10）

用于井口 （11）

實(shí)驗(yàn)證明，對于孔板比在0.5～0.7，汽水兩相流干度在0.2～0.9范圍內(nèi)，用此模型測量流量其均方誤差小于3%。

因鍋爐出口的蒸汽流量等于鍋爐給水的流量，而給水流量是已知的，即：

（12）

式中：G0為鍋爐給水流量，Gmax為給水流量計量程，P0為給水流量的差壓，Pmax為給水差壓變送器的量程。

求解非線性方程（7）、（8）、（9）、（12）就可以計算出鍋爐出口的蒸汽干度。即：

（13）

式中：

K---等熵值數(shù)

支路蒸汽的參數(shù)測量：

在計量支路分井的流量與干度時，假定蒸汽干度的分配是均勻的，即兩個支路的流體平均焓是相等的。在能量守恒關(guān)系中，可采用熱能守恒的關(guān)系，這對于工業(yè)測量系統(tǒng)使用熱能守恒來說，具有足夠的精確度。

鍋爐出口蒸汽的平均焓為：

篇4

關(guān)鍵詞：超聲波流量計；案例運(yùn)用；流量測量

中圖分類號：TM711 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）17-0117-02

1 超聲波流量計測量原理概述

1.1 超聲波流量計基本原理

在流動流體中流體的運(yùn)行速度與超聲波的傳播速度之間存在著一定的關(guān)系，與固定坐標(biāo)系相比，超聲波的順流中的傳播速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在逆流中的傳播速度。為了更好地對流量速度進(jìn)行測量，首先需要準(zhǔn)備一個能夠發(fā)射超聲波的超聲波探頭（即換能器），一般可以采用石英等制作成某種元件器件作為流量計中的超聲波探頭，由此可以在進(jìn)行超聲波發(fā)射的時候充分使用負(fù)壓電高頻電脈沖的作用力使得壓電晶體實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的高頻振動，從而最終實(shí)現(xiàn)有一定脈沖變化的超聲波發(fā)射效應(yīng)。超聲波可以從一定的角度發(fā)射進(jìn)入到流體中進(jìn)行傳播，然后在超聲波換能器的作用之下實(shí)現(xiàn)超聲波信號的接收效能，與此同時，超聲波換能器再一次經(jīng)過一定的環(huán)節(jié)將高頻電脈沖信號成功轉(zhuǎn)換。從上述分析可以知道對同一個超聲波換能器進(jìn)行輪流性的使用可以成功發(fā)射不同類型的脈沖壓力波，同時可以實(shí)現(xiàn)接受功能。

對超聲波流量計可以從如下幾個角度進(jìn)行分類：一是按照基本原理可以將超聲波流量計分為時差法、聲環(huán)法、相位差法、相關(guān)法、沃街法以及多普勒法等；二是按照超聲波探頭的安裝方式可以將超聲波流量計分為外縛式以及插入式、插入式又可以按照是否帶有測量管段來進(jìn)行區(qū)分；三是根據(jù)聲道數(shù)量可以將超聲波流量計分為多聲道和單聲道兩種類型；四是按照超聲波的性能特點(diǎn)可以將超聲波流量計分為便攜式、固定式、標(biāo)準(zhǔn)型以及低溫防水型等。

1.2 超聲波流量計測量原理

從上述分析中，可以知道超聲波流量計有多種類型，這里主要對時差法和多普勒測量法兩種方法的測量原理進(jìn)行詳細(xì)概述。

時差法測量原理如圖1所示，時差法測量一般情況之下是運(yùn)用所測量流體傳播聲波來進(jìn)行測量，并通過不同傳播速度流體特征來測量他們在不同流動方向的傳播速度之間的差值，從而最終測量出流體的流動流量以及相應(yīng)的速度。

多普勒法超聲波在進(jìn)行流體流量測量實(shí)踐中的基本原理如圖2所示，這是在超聲波在進(jìn)行流體流量測量實(shí)踐中所產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)對相應(yīng)的頻率差進(jìn)行相關(guān)測量，由于主要是使用某一個固定的聲源作為相應(yīng)的發(fā)生器，隨著流體與某一運(yùn)動聲源之前的相對運(yùn)動，促使該物體進(jìn)入到超聲波中并最終出現(xiàn)超聲波接收器的反射接收。進(jìn)入超聲波和發(fā)射超聲波二者之間的頻率差就是運(yùn)動物件所產(chǎn)生的多普勒頻移，并且所測量的多普勒頻率差與流體流速之間呈現(xiàn)出一定的正比例關(guān)系，因此可以如果可以求出多普勒頻率差，就可以相應(yīng)得到流體的流速以及流體相應(yīng)的流量。

2 超聲波流量計基本特點(diǎn)分析

超聲波流量計在長期的發(fā)展中逐步將傳統(tǒng)的渦輪流量計、差壓流量計以及電磁流量計等測量方法取代，從各個角度來進(jìn)行分析，可以知道超聲波流量計在實(shí)踐運(yùn)用中主要具備如下幾個方面的優(yōu)勢特征：

第一，超聲波流量計在實(shí)踐中進(jìn)行安裝維修更為方便快捷，超聲波流量計與其他的流量計方法相比而言，安裝維修更為方便快捷，對于大口徑的流量計量體統(tǒng)來說，超聲波流量計在這一方面的優(yōu)勢是非常明顯的，可以節(jié)約大量的人力和物流成本。近年來，隨著超聲波流量計在各個研究領(lǐng)域的實(shí)踐運(yùn)用，超聲波流量計在安裝維修時可以不用考慮是否在官道上切斷流量或者進(jìn)行打孔等繁瑣步驟。

第二，超聲波流量計的測量管徑相對較大，超聲波流量計在進(jìn)行測量時其管徑測量最大可以達(dá)到10 m，這也是超聲波流量計的突出優(yōu)勢，超聲波流量計的適用管徑范圍相對來說較大，可以在一定范圍之類進(jìn)行較為自由的流量測量，當(dāng)所測量的管徑超出一定范圍時，流量計可能會受到外界各個方面的因素限制而難以滿足具體的測量要求，這個時候可以考慮使用超聲波流量計來有針對性地解決這些問題，同時可以測量任意管徑。除此之外，管徑大小范圍并不會影響到超聲波流量計的價格，而其他流量計價格往往會隨著管徑大小范圍的變化而變化。

第三，超聲波流量計的測量可靠性較高，不論是濕式安裝或者是外夾式安裝的超聲波流量計均不會對測量流量的流暢性產(chǎn)生影響，沒有任何的壓力損失；與此同時，以微機(jī)為中心的傳感器可以使用鎖相環(huán)路等計時的方法解決電力故障以及信號衰弱等方面的問題，從而使得超聲波流量計的測量可靠性更高。

第四，超聲波流量計的測量不會受到流體相關(guān)參數(shù)的影響，比如說流體的物理性能以及導(dǎo)電率、粗糙度等相關(guān)參數(shù)不會對超聲波流量計的測量產(chǎn)生影響。除此之外，超聲波流量計的測量結(jié)果可以通過計算機(jī)自動控制系統(tǒng)進(jìn)行自動顯示和打印，并實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。

但是，超聲波流量計在實(shí)踐運(yùn)用中也存在一些缺點(diǎn)，一是超聲波流量計的傳感器安裝情況對測量結(jié)果準(zhǔn)確度有一定的影響，因此傳感器安裝有著嚴(yán)格的要求；二是超聲波流量計的準(zhǔn)確度與電磁流量計準(zhǔn)確度相比還存在一定的差距。

3 超聲波流量計在電廠流量測量上的應(yīng)用

由于超聲波流量計有著突出的技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢，因此超聲波流量計在電廠流量測量等各個領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注的應(yīng)用，可以從如下幾個應(yīng)用案例中得到體現(xiàn)。

越南IAGIAI Ⅲ水電站中需要對循環(huán)水流量進(jìn)行測量，由于所需要測量的管徑屬于超大型號，分別為DN6000型號和DN3000型號，在對所要測量的流量以及各種類型流量計進(jìn)行全方位分析論證之后，最終認(rèn)為最為經(jīng)濟(jì)適用可行的超聲波流量計可以用來解決該方案，因此最終選取了超聲波流量計對循環(huán)水流量進(jìn)行了準(zhǔn)確的測量，解決了相應(yīng)的問題。

華能白楊河電廠在2003年以前一般都是采用差壓式流量計實(shí)現(xiàn)單一方向的流量測量，在使用超聲波流量計進(jìn)行流量測量之后，發(fā)現(xiàn)了負(fù)流量現(xiàn)象，并因此為電廠節(jié)約了大量的購水成本，該電廠最初在凝結(jié)水管道上將渦銜流量計安裝上，但是由于在實(shí)踐中受到流量計工藝有所變動等方面的影響，從而對流量測量計的準(zhǔn)確度和精確度提出了更高的要求，而渦銜流量計在這種情況之下無法滿足這一需求，因此在保障電廠正常運(yùn)行的情況之下可以選取超聲波流量計做出更為精確的測量。

魯能運(yùn)河發(fā)電廠在2008年時在實(shí)踐運(yùn)用中需要對相關(guān)油量進(jìn)行相應(yīng)的測量，由于之前使用價格高達(dá)10萬元的質(zhì)量流量計進(jìn)行測量，價格昂貴且運(yùn)行使用周期較長，質(zhì)量流量計的安裝也極為不方便，后來魯能運(yùn)河發(fā)電廠選用了價格僅僅兩萬元的外夾式超聲波流量計，不僅解決了存在的問題，而且在較低的成本之下達(dá)到了有效的測量結(jié)果。

華電漯河發(fā)電廠最開始選取了電磁流量計對流量進(jìn)行測量，安裝前后均做了較好的防腐內(nèi)襯，其加工難度大且使用成本較高，但是選用超聲波流量計時這些問題都迎刃而解了，沒有使用更多的設(shè)備和安裝成本。

綜上所述，當(dāng)前超聲波流量計已經(jīng)被作為主要的流量測量工具運(yùn)用到愈來愈多的電廠，安裝維護(hù)方便快捷且較長的生命周期優(yōu)勢使得超聲波流量計備受歡迎，盡管超聲波流量計還存在一定的缺陷，但是相信隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，超聲波流量計將以其綜合性優(yōu)勢得到更為廣闊的發(fā)展空間。

參考文獻(xiàn)：

[1] 解兵，梅強(qiáng)，王成亮.超聲波流量計在發(fā)電機(jī)定子內(nèi)冷水流量測量中的應(yīng)用[J].江蘇電機(jī)工程，2007，（7）：53-54.

[2] 呂永煥.淺析超聲波流量計在AP1000主給水測量中的應(yīng)用[J].科技風(fēng)，2013，（5）：158-159.

篇5

關(guān)鍵詞：河流流量；測驗(yàn)；誤差

中圖分類號： P343 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：

隨著我國水資源開發(fā)利用程度的提高，水資源短缺現(xiàn)象日益突出，社會國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性發(fā)展對水資源的可持續(xù)利用提出了更高的要求。因此，河流流量測驗(yàn)精度，是衡量一個灌區(qū)供水單位管理水平的重要尺度。水文測驗(yàn)工作不僅要做好大洪水監(jiān)測，為防汛服務(wù);而且也要加強(qiáng)對河流的控制監(jiān)測，提高河流流量測驗(yàn)精度，為水資源的統(tǒng)一管理和調(diào)度服務(wù)。

1 河流流量測驗(yàn)儀器方面的影響因素

1.1 流速儀誤差

流速的誤差在用流速儀進(jìn)行流量測驗(yàn)時,流速測定的正確性在流量測驗(yàn)中占有相當(dāng)重要的地位,它是主要決定測流準(zhǔn)確度的因素。流速儀是流量測驗(yàn)的主要工具，分旋漿式流速儀和旋杯式流速儀。按國家標(biāo)準(zhǔn)，旋漿式流速儀和旋杯式流速儀在正常使用保養(yǎng)下，其使用期限為10a。而儀器檢定公式穩(wěn)定期為1a或累積工作300h，并取時間間隔短的。由于各種原因，儀器不能及時校核，即使按時校核，也因使用和保養(yǎng)不善或者運(yùn)輸不當(dāng)而產(chǎn)生較大的誤差。因此，按國家標(biāo)準(zhǔn)《河流流量測驗(yàn)規(guī)范》，常用流速儀施測達(dá)到50～80h時，應(yīng)與備用的同類型流速儀進(jìn)行比測。若比測結(jié)果偏差不超過±3%，系統(tǒng)偏差不超過±1%時，常用流速儀可繼續(xù)使用，否則應(yīng)及時送專業(yè)技術(shù)部門進(jìn)行檢定。若沒有條件比測的站，儀器使用1～2a后必須重新檢定。超過檢定日期2～3a以上的流速儀，雖未使用，也應(yīng)送專業(yè)部門檢定，以便消除儀器本身的誤差。

1.2 測速計數(shù)器誤差

測速計數(shù)器是流量測驗(yàn)中測記流速儀器轉(zhuǎn)子訊號，或是顯示轉(zhuǎn)子所測流速的工具。對測速計數(shù)器要求計時、計數(shù)準(zhǔn)確，不漏記多記，抗干擾性較強(qiáng)，性能穩(wěn)定可靠。因此，計數(shù)裝置在使用前進(jìn)行檢查和定期測試檢查，發(fā)現(xiàn)誤差應(yīng)及時訂正或更換，否則將直接影響到流量測驗(yàn)。

1.3 停表誤差

停表是流量測驗(yàn)工作中的計時工具，在正常情況下，應(yīng)每年汛前檢查一次。當(dāng)停表受過雨淋、碰撞、劇烈震動或發(fā)現(xiàn)走時異常等情況，應(yīng)及時進(jìn)行檢查，否則計算流速時產(chǎn)生較大誤差。檢查時，按國家標(biāo)準(zhǔn)《河流流量測驗(yàn)規(guī)范》，應(yīng)以每日誤差小于0.5min帶秒針的鐘表為標(biāo)準(zhǔn)計時，與停表同時走動10min，當(dāng)讀數(shù)不超過±3s，可認(rèn)為停表合格，否則應(yīng)及時更換停表。

1.4 旋轉(zhuǎn)部件誤差

在流量測驗(yàn)前，要檢查流速儀旋轉(zhuǎn)部件是否正常。通常在檢查旋漿(旋杯)的轉(zhuǎn)動時，用右手拿住旋漿(旋杯)軸，用嘴輕輕吹動漿葉，如果和清潔良好，并且安裝正確，不論軸的位置是否水平、垂直、傾斜旋漿都應(yīng)靈敏的轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動若干周后緩慢停止，如勉強(qiáng)轉(zhuǎn)動或突然停止，則說明儀器部件有毛病，應(yīng)進(jìn)行拆洗檢查來消除儀器旋轉(zhuǎn)部件帶來的誤差。

1.5 接觸機(jī)構(gòu)誤差

在流量測驗(yàn)前，接好轉(zhuǎn)動旋漿進(jìn)行流速儀接觸機(jī)構(gòu)的檢查，傾聽測速計數(shù)器發(fā)出的聲音是否正常。一般音響持續(xù)時間應(yīng)為旋漿的3回轉(zhuǎn)左右。如果發(fā)現(xiàn)時間過長或過短，則說明流速儀接觸機(jī)構(gòu)有誤差，應(yīng)立即拆卸儀器檢查接觸絲的松緊度，直到調(diào)整適宜為止，重新試驗(yàn)直至工作正常為止，這樣可消除流速儀接觸機(jī)構(gòu)本身的誤差。

2 流量測驗(yàn)過程中的影響因素

2.1 水位觀測誤差

水位觀測可能引起的誤差主要表現(xiàn)在兩方面:①在測驗(yàn)流量過程中，測深、測速前和結(jié)束后，應(yīng)立即觀測水位，以避免在測流過程中，水量發(fā)生了變化，引起測量結(jié)果與實(shí)際流量的偏差，從而影響到水位流量對應(yīng)關(guān)系的誤差。因此，按照《河流流量測驗(yàn)規(guī)范》，應(yīng)及時觀測水位的變化，做好垂線水深修正；②表現(xiàn)在水位人工定時觀測或校核定位時的誤差，應(yīng)盡可能消除水面光線折射、波浪、障礙物、短歷時波動等方面的影響，進(jìn)而準(zhǔn)確推求出斷面水量。

2.2 水深測量誤差

在河流水深測量采用手持測桿施測方法時，由于測桿是剛性帶刻度和底盤的，在水深測量時，一般是通過測桿讀數(shù)直接讀取水深值。但往往受到水面波浪和測桿是否保持垂直狀態(tài)而影響水深測量的精度，使測算的斷面面積與實(shí)際不符，或因垂線測點(diǎn)位置不準(zhǔn)而導(dǎo)致流速測量誤差。解決辦法是施測者保持垂直下放測桿，正確讀取測桿的數(shù)值；當(dāng)波浪較大時每條垂線水深應(yīng)連測3次以上并取其平均值，這樣可減少由于水深測量帶來的誤差。

2.3 測深、測速垂線布設(shè)誤差

在河流測驗(yàn)工作中，測深、測速是同時進(jìn)行的，全斷面垂線布設(shè)應(yīng)以控制斷面原型為準(zhǔn)，由于所有斷面并非一致，垂線布設(shè)的不合理，將直接影響所測斷面面積的精度，使流量產(chǎn)生較大誤差。

2.4 測速垂線上測點(diǎn)的分布誤差

流量測驗(yàn)工作中，測速垂線上測點(diǎn)的分布不合理，直接影響垂線平均流速實(shí)測結(jié)果，導(dǎo)致流量產(chǎn)生較大誤差。按國家標(biāo)準(zhǔn)《河流流量測驗(yàn)規(guī)范》，一般垂線可用一點(diǎn)法、兩點(diǎn)法、三點(diǎn)法或五點(diǎn)法等施測，具體采用主要以測得的測點(diǎn)流速計算垂線平均流速與實(shí)際垂線平均流速接近為原則。在垂線分布不規(guī)則的情況下，水深足夠時盡量用五點(diǎn)法或六點(diǎn)法施測。在精測法中，流速測點(diǎn)分布是嚴(yán)格按測得水深來分布的。

2.5 流速測點(diǎn)定位誤差

在流量施測過程中，流速儀是否安放在準(zhǔn)確的位置，測桿是否穩(wěn)定呈垂直狀態(tài)，流速儀在水下是否呈水平狀態(tài)，而平行于水流線，施測者采用懸測或是底測方法都將影響流速測點(diǎn)定位誤差，所以流速測點(diǎn)定位不準(zhǔn)直接影響所測的垂線平均流速與實(shí)際垂線平均流速有偏差，使流量產(chǎn)生較大誤差。因此，為減小這種誤差，對于流速較快的斷面施測者應(yīng)多采用底測的測驗(yàn)方法，且測桿要緊靠測橋，保證測桿的垂直與穩(wěn)定性。

2.6 測速歷時計時誤差

當(dāng)流速儀在測點(diǎn)定位后，應(yīng)先測試流速儀訊號是否正常，后進(jìn)行施測流速。在實(shí)際工作中，往往出現(xiàn)流速儀剛?cè)胨烷_始測速計時，并未做流速儀的訊號測試。另外，還有在施測過程中歷時停表計時不規(guī)范。這樣就出現(xiàn)測速歷時的偏差而使流量產(chǎn)生較大誤差，因此，在實(shí)際流量測驗(yàn)工作中，流速儀入水經(jīng)過2～3個訊號測試正常后，方才開始施測。歷時計時以流速儀某訊號為起始訊號，立即開動停表計時，計時開始后出現(xiàn)的訊號為第1個訊號，當(dāng)累計到某個訊號時已符合測速歷時的規(guī)范要求時，應(yīng)及時關(guān)閉停表，計時終了。

2.7 測速訊號計數(shù)誤差

在流量測驗(yàn)過程中，測速歷時計時與訊號計數(shù)是同時進(jìn)行的，也是相互對應(yīng)的。在實(shí)際工作中，往往出現(xiàn)開動停表計時的起始訊號也在計算之內(nèi)。這樣，無形中就多計算1個訊號數(shù)，使計算流量比實(shí)際流量偏大而產(chǎn)生誤差。另外，由于有些渠道斷面流速較大，使得流速儀轉(zhuǎn)速較快，在施測過程中，訊號計數(shù)有時可在2s內(nèi)達(dá)到3個訊號的情況，訊號計數(shù)之快，往往較容易多計或少計而引起流量誤差。因此，在流量測驗(yàn)過程中測速訊號計數(shù)要認(rèn)真仔細(xì)，訊號計數(shù)和歷時計時要嚴(yán)格按規(guī)范執(zhí)行，將測速訊號計數(shù)帶來的誤差降到最小。

2.8 流速脈動誤差

在河流流量測驗(yàn)工作中，流速的脈動影響與垂線流速有著直接的關(guān)系，按國家標(biāo)準(zhǔn)《河流流量測驗(yàn)規(guī)范》規(guī)定，為減少流速脈動帶來的誤差，一般每個流速測點(diǎn)總歷時達(dá)到100s以上；在搶測短歷時大流量時，可采用總歷時為60s或30s。在作測點(diǎn)流速脈動誤差檢查時，作者總結(jié)多年測流工作經(jīng)驗(yàn)，整理出測點(diǎn)流速脈動公式為:ΣR=2R時，2S－10%S≤ΣS≤2S+10%S(其中ΣR為總信號；R為分組信號；ΣS為總歷時；S為分組歷時)，以此來檢驗(yàn)流速脈動誤差，ΣS應(yīng)在變化范圍內(nèi)，否則應(yīng)重測，以減少短時紊流對測驗(yàn)精度的影響。

3 其它方面的因素

3.1 流量測驗(yàn)方法誤差

流速儀施測流量方法一般分為精測法、常測法和簡測法，在實(shí)際工作中，不同的時期或不同的情況下采用不同的方法，通常工作中常用精測法和常測法。由于金溝河灌區(qū)河流水量不但年內(nèi)分配不均，而且在汛期內(nèi)日變幅較大，加之上游無控制性水利樞紐工程，在水量分配時不得不隨水勢的漲落而作時時調(diào)整。為了及時準(zhǔn)確搶測到峰值，實(shí)時掌握渠道引水量，一般適用簡測法才能達(dá)到工作要求。如若采用精測法或常測法，往往流量未測完，洪峰流量就已回落了，這樣則不能準(zhǔn)確地反映出渠道實(shí)時來水量。因此，要根據(jù)河道的時時來水量及時準(zhǔn)確地做出流量測驗(yàn)的方法。

3.2 測橋起點(diǎn)距定位誤差

起點(diǎn)距一般是固化在測橋迎水面的，記錄每一條施測垂線與測橋起點(diǎn)的相應(yīng)距離。由于渠道斷面發(fā)生變化或起點(diǎn)距刻畫時標(biāo)志點(diǎn)不在邊坡與渠底的交叉點(diǎn)上，產(chǎn)生起點(diǎn)距間距測量誤差，使計算的過水面積與實(shí)際面積不符而產(chǎn)生流量測驗(yàn)誤差。因此，要求每隔一段時間，檢查一次斷面是否發(fā)生變化，若變化較大時應(yīng)及時調(diào)整測水位置，從而將由測橋起點(diǎn)距變化而引起的誤差降到最小。

3.3 邊坡流速系數(shù)取值誤差

河流邊坡流速系數(shù)取值是按渠道邊坡的建筑材料來選擇的。不同材料的邊坡流速系數(shù)取值是完全不同的。若取值不科學(xué)、不合理，則直接影響流量測驗(yàn)的成果。通常，邊坡流速系數(shù)可按經(jīng)驗(yàn)系數(shù)來取值:混凝土預(yù)制塊陡岸取0.92，混凝土預(yù)制塊斜坡取0.90，混凝土板漿砌石卵石混合斜坡取0.85，漿砌卵石斜坡取0.82，干砌卵石斜坡及不平整陡岸取0.80，土質(zhì)或自然戈壁石斜坡取0.70。

4 結(jié)束語

總之，對于河流流量測驗(yàn)誤差的認(rèn)識和處理，是正確地評價和合理地使用流量測驗(yàn)技術(shù)和獲得既經(jīng)濟(jì)又精確的測驗(yàn)成果的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠、精度高，大大縮短測流時間，提高工作效率，減輕勞動強(qiáng)度，增加了安全性，為防洪、報汛提供了更快、更準(zhǔn)確的流量資料。

參考文獻(xiàn)

篇6

【關(guān)鍵詞】流速儀；流量測驗(yàn)；誤差；研究

流速儀是最早最常用的測流儀器，也是流量測量最精確的儀器之一，廣泛的被應(yīng)用于水文行業(yè)，用流速儀進(jìn)行流量測驗(yàn)是水文行業(yè)使用普遍、最精確的方法。用流速儀進(jìn)行流量測驗(yàn)產(chǎn)生的誤差繁多，有的方面在日常工作中往往被忽視。然而流量資料在流域水利規(guī)劃，各種水利工程設(shè)計、施工、運(yùn)行管理，防汛抗旱，水質(zhì)監(jiān)測和水資源保護(hù)等方面有著相對重要的作用，所以對流速儀流量測驗(yàn)誤差是非常必要的。

1.單次流量誤差組成

流量測驗(yàn)是水文測驗(yàn)的基礎(chǔ)工作，流量測驗(yàn)誤差的分析與評定是流量測驗(yàn)工作的重要組成部分。流量測驗(yàn)誤差存在于流量測驗(yàn)過程的每一個環(huán)節(jié)。恰當(dāng)?shù)姆治隽髁繙y驗(yàn)誤差的來源和組成，并對測量成果誤差進(jìn)行評定，有助于測驗(yàn)人員自覺的提高測驗(yàn)質(zhì)量，也有利于資料使用部門準(zhǔn)確把握水文資料質(zhì)量對其成果的影響。

當(dāng)采用流速儀―面積法測流并用“垂線平均部分法”計算流量時，流量誤差由5個方面組成。即：①測深誤差和測寬誤差，②流速儀檢定誤差，③測點(diǎn)有限測速歷時不足導(dǎo)致的誤差，④測速垂線測點(diǎn)數(shù)目不足導(dǎo)致的垂線平均流速計算誤差，⑤測速垂線數(shù)目不足導(dǎo)致的誤差。這5部分誤差的綜合，在單次流量測驗(yàn)與計算中統(tǒng)稱為總誤差χQ，其計算公式為：

（1）

式中χ″Q――系統(tǒng)誤差；χ′Q――偶然誤差。

2.單次流量誤差分析

現(xiàn)行流量測驗(yàn)規(guī)范將流量測驗(yàn)誤差分為偽誤差、隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差。測量成果含有偽誤差的必須剔除。測驗(yàn)結(jié)束后，進(jìn)行“四隨”分析計算的目的就是消滅偽誤差；含有已定系統(tǒng)誤差的，應(yīng)進(jìn)行修正；含有隨機(jī)誤差的，按正態(tài)分布，采用置信水平為95%的隨機(jī)不確定度描述。因此在流量誤差分析中分析的是系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差。

2.1 系統(tǒng)誤差分析

系統(tǒng)誤差是由測量條件中某些特定因素的系統(tǒng)性影響而產(chǎn)生的誤差。其特點(diǎn)是在同等測量條件下的一系列觀測中，系統(tǒng)誤差的大小和符號常固定不變，或僅呈系統(tǒng)性的變化。對于一定的測量條件和作業(yè)程序，系統(tǒng)誤差在數(shù)值上服從一定的函數(shù)規(guī)律。總系統(tǒng)誤差的計算公式為：

（2）

式中χ″b――寬度系統(tǒng)誤差，寬度系統(tǒng)誤差水文站不超過±0.2%～±0.5%，小河站不超過±1.0%，從水文站歷年實(shí)際斷面起點(diǎn)距測量結(jié)果看，完全達(dá)到精度要求；χ″d――水深系統(tǒng)誤差，根據(jù)最近幾年對水文站基本測驗(yàn)設(shè)施鑒定統(tǒng)計結(jié)果，水文站高水不超過±0.5%，水文站低水及水文站不超過±1.0%；χ″c――流速儀系統(tǒng)誤差，我國檢定的流速儀，高速不超過±0.5%，低速不超過±1.0%。

以上對流量測驗(yàn)系統(tǒng)誤差產(chǎn)生影響的三個因素提出的指標(biāo)，與水文站實(shí)際測驗(yàn)數(shù)據(jù)相差不大。將“垂線平均部分法”作為我國計算流量的主要方法，而這種近似計算方法對多個測站測驗(yàn)資料進(jìn)行多次分析計算，其計算方法系統(tǒng)誤差χ″f可以達(dá)到水文站±1.0%，小河站±1.5%。因此在上述系統(tǒng)誤差計算公式中增加了χ″f這一影響因素，計算公式（2）變?yōu)椋?/p>

（3）

根據(jù)公式（3）及以上數(shù)據(jù)，可分別計算水文站不同水情的百分比系統(tǒng)誤差如下：

高水：

低水：

高水：

低水：

從上面計算可以看出，總系統(tǒng)誤差χ″Q在單次流量誤差中所占的比重較小，完全符合系統(tǒng)誤差范圍在±1%～±2.5%的規(guī)定。但是只要測驗(yàn)設(shè)備、測驗(yàn)方法、操作規(guī)程沒有根本改變，系統(tǒng)誤差χ″Q就不能消除。

2.2 偶然誤差分析

偶然誤差是由測量條件中各種隨機(jī)因素的偶然性影響而產(chǎn)生的。偶然誤差的出現(xiàn)，就單個而言，無論數(shù)值和符號，都無規(guī)律性，而對于誤差的總體，卻存在一定的統(tǒng)計規(guī)律。在流量測驗(yàn)中，單次流量誤差的主要部分是偶然誤差，因此偶然誤差是流量測驗(yàn)誤差研究的重點(diǎn)。提出偶然誤差由下列誤差組成：垂線數(shù)目偶然誤差χ′m，寬度偶然誤差χ′b，水深偶然誤差χ′d，測速歷時偶然誤差χ′t，測點(diǎn)數(shù)目偶然誤差χ′n，流速儀偶然誤差χ′c。對多站多次流量資料進(jìn)行分析計算，建議增列計算整理方法偶然誤差χ′f。

以上各項偶然誤差中，垂線數(shù)目偶然誤差χ′m直接影響斷面流量精度，其他各單項偶然誤差則只影響各部分流量，其對流量的影響還需要通過流量加權(quán)得出，由此得到單次流量的總偶然誤差公式為（5）式及（6）式。

（4）

（5）

我國用“垂線平均部分法”計算流量Q的通用公式為：

（6）

式中：m――測速垂線數(shù)；bi、di、vi――第i條垂線的寬度、垂線水深和垂線平均流速。

當(dāng)各部分流量接近相等，而且用χ′b、χ′d、χ′t、χ′n、χ′c、χ′f分別代表各垂線的平均值，則可將（5）式簡化如下：

（7）

由（7）式可以看出，χ′m對單次流量偶然誤差影響顯著，是關(guān)鍵性的影響因素；χ′t、χ′n雖然數(shù)字較大，也只起一定的作用；至于其他因素則影響較小。由此看來，過去分析流量誤差時，將χ′m與其他影響因素等價分析是不夠妥當(dāng)?shù)摹?/p>

在此將各單項因素的誤差取值扼要介紹，并與規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)比較如下：寬度偶然誤差χ′b，從多年的測驗(yàn)資料分析，大小河站均不超過±1.0%；測速垂線偶然誤差χ′m，水文站按河寬十分之一布置測速垂線，以0.6相對水深一點(diǎn)法100s測速歷時，計算其高低水測速垂線偶然誤差的平均值。

從中可以看出，20、15、10、5根測速垂線的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都小于規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，說明水文站測速垂線布置數(shù)量以滿足測驗(yàn)精度要求。

水深偶然誤差χ′d，對多個測站基本測流設(shè)施鑒定結(jié)果統(tǒng)計，水深偶然誤差為±1.0%，和水深偶然誤差為±2.0%，與規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)一致。

測速歷時偶然誤差χ′t，對0.6h相對水深一點(diǎn)法3min長歷時與30s、60s及100s測速歷時測量成果進(jìn)行分析計算，其結(jié)果較規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)偏小許多，說明測速歷時的長短對流量的測驗(yàn)誤差影響甚小。

測點(diǎn)數(shù)目偶然誤差χ′n，對高水位時的95次五點(diǎn)法測驗(yàn)資料進(jìn)行分析計算如下，其三點(diǎn)、兩點(diǎn)和一點(diǎn)法成果較規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)都偏小，說明這三個站的常用一點(diǎn)法測流成果精度已滿足規(guī)范要求。

表1 水文測站測點(diǎn)數(shù)目偶然誤差χ′n分析統(tǒng)計表

流速儀偶然誤差χ′c，根據(jù)我國流速儀檢定成果，一般為±0.4%～±1.0%，平均為±1.0%，與規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)接近。計算整理偶然誤差χ′f，主要由尾數(shù)收舍所造成，規(guī)定流速、面積、流量等項均取三位有效數(shù)字，則計算最大誤差為χ′f=±0.5%。

常測法流量的測速垂線及垂線測點(diǎn)，水文站為10～15線和為5～8線，均為一點(diǎn)法，測速歷時100s，將以上各項數(shù)據(jù)代入公式（7），得到常測法單次流量的百分比偶然誤差。

高水：χ′Q=±2.9

低水：χ′Q=±6.2

高水：χ′Q=±5.9

低水：χ′Q=±9.0

現(xiàn)行精測法的標(biāo)準(zhǔn)，一般為20～25線，一般為10～12線，均為五點(diǎn)法或三點(diǎn)法，測速歷時100s，根據(jù)（7）式及各項試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可得精測法流量的百分比偶然誤差。

水文站：χ′Q=±0.9

水文站：χ′Q=±3.7

如果打破規(guī)定，參照規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果實(shí)際情況以多線法15線和8線，0.6h一點(diǎn)法，測速歷時30s，作為經(jīng)常測流方法，百分比偶然誤差為：

水文站：χ′Q=±3.6

水文站：χ′Q=±6.8

由上可知，多線一點(diǎn)短歷時測法，其偶然誤差接近于規(guī)定的“精測法”的偶然誤差，而較常測法的偶然誤差減少很多，還提高了功效，這是流量測驗(yàn)中很值得注意的問題。

根據(jù)9個站歷年多線多點(diǎn)100s測速的精測法資料進(jìn)行精簡分析，簡化為常測法垂線5～10線，一點(diǎn)法測速，測速歷時50s，其誤差一般可達(dá)常測法的標(biāo)準(zhǔn)。因測驗(yàn)斷面較差，其誤差界限超過的規(guī)定，稍差一些。如果不進(jìn)行垂線精簡，測速歷時50s也符合要求，由此可見測速歷時100s是沒有必要的。

3.結(jié)語

綜上所述，流速儀流量測驗(yàn)誤差的來源雖繁多，但主要可分為五類：流速誤差、測深誤差、測深垂線與測速垂線在斷面上分布的代表性、相應(yīng)水位誤差、河床沖淤變化的影響。流量資料作為水文資料的重要組成部分，對其誤差的研究是非常必要的。本文就流速儀流量測驗(yàn)誤差進(jìn)行了研究，以期能為流量測量的有關(guān)方面提供參考。

參考文獻(xiàn)：

篇7

孔板流量計測量的是流量管道中管道斷面上的平均速度。

孔板流量計是將標(biāo)準(zhǔn)孔板與多參數(shù)差壓變送器，或差壓變送器、溫度變送器及壓力變送器，配套組成的高量程比差壓流量裝置，可測量氣體、蒸汽、液體及引的流量，廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、電力、供熱、供水等領(lǐng)域的過程控制和測量。節(jié)流裝置又稱為差壓式流量計，是由一次檢測件（節(jié)流件）和二次裝置（差壓變送器和流量顯示儀）組成廣泛應(yīng)用于氣體。蒸汽和液體的流量測量。具有結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，性能穩(wěn)定。

（來源：文章屋網(wǎng) ）

篇8

【關(guān)鍵詞】通風(fēng)機(jī)；流量；測量不確定度；試驗(yàn)

0 引言

測量不確定度是對測量結(jié)果可信性、有效性的懷疑程度或不肯定程度，是定量說明測量結(jié)果的質(zhì)量的一個參數(shù)，表明賦予被測量之值的分散性，是通過對測量過程的分析和評定得出的一個區(qū)間。它是對測量結(jié)果質(zhì)量的定量表征，測量結(jié)果的可用性很大程度上取決于其不確定度的大小。

通風(fēng)機(jī)產(chǎn)品檢測檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)企業(yè)在使用GB/T1236《工業(yè)通風(fēng)機(jī)用標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)道進(jìn)行性能試驗(yàn)》對通風(fēng)機(jī)進(jìn)行性能試驗(yàn)時，C型試驗(yàn)裝置（進(jìn)氣試驗(yàn)）錐形進(jìn)口集流器法是最為常用的一種流量測量方式，本文根據(jù)JJF1059-1999《測量不確定度評定與表示》和GB/T 1236-2000標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的試驗(yàn)方法和計算公式，建立了通風(fēng)機(jī)流量測量不確定度評定數(shù)學(xué)模型，并結(jié)合實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了通風(fēng)機(jī)流量測量不確定度的評定，為通風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)準(zhǔn)確性提供科學(xué)依據(jù)，為正確評定通風(fēng)機(jī)流量測量不確定度提供了參考。

1 測量不確定度評定的步驟

首先，確定被測量和測量方法：包括測量原理、環(huán)境條件、所用儀器設(shè)備、測量程序和數(shù)據(jù)處理等。然后建立數(shù)學(xué)模型，確定被測量與各輸入量之間的函數(shù)關(guān)系；求被測量的最佳估計值；按A類和B類評定進(jìn)行確定各輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度；利用不確定度傳播率，對輸出量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量進(jìn)行合成；根據(jù)被測量的概率分布和所需的置信度，確定包含因子，由合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計算擴(kuò)展不確定度；最后確定測量結(jié)果的不確定度。

2 數(shù)學(xué)模型

2.1 測量裝置及參數(shù)：C型試驗(yàn)裝置錐形進(jìn)口測量流量的示意圖見GB/T 1236-2000圖74 的a）“用進(jìn)口ISO文丘里噴嘴、90°弧進(jìn)口噴嘴、錐形進(jìn)口測量流量”。測量參數(shù)有d5（風(fēng)管內(nèi)徑）、？駐p（靜壓差）、pa（大氣壓力）、ta（靠近管道進(jìn)口的環(huán)境溫度）、hu（相對濕度）。

4 測量結(jié)果表述

通風(fēng)機(jī)質(zhì)量流量為（236.0±3.1） kg/min，或通風(fēng)機(jī)質(zhì)量流量為（236.0）kg/min，不確定度1.31%。

【參考文獻(xiàn)】

篇9

關(guān)鍵詞：多相流；計量；軟測量

中圖分類號： TB937 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

一、 多相流

（一）多相流簡介

多相流中的“相”，在物理學(xué)中是指一個宏觀物理系統(tǒng)所具有的一組狀態(tài)，在化學(xué)中是根據(jù)系統(tǒng)中物質(zhì)存在的形態(tài)和分布不同，將系統(tǒng)分為相。相是指在沒有外力作用下，物理、化學(xué)性質(zhì)完全相同、成分相同的均勻物質(zhì)的聚集態(tài)。而多相流常見于各種形態(tài)的兩相流。（1）氣-固兩相流，如氣流輸送（噴吹）粉料，含塵埃的大氣流動等；（2）氣-液兩相流，如：泄水建筑中的摻氣水流等；（3）液-固兩相流，如天然河道中的含沙水流等。由于多相流中的各相間有相對速度，流動的同時各相之間是隨時變化的，導(dǎo)致了多相流的流動特性、特征參數(shù)及計量要比單相流復(fù)雜。

（二） 多相流存在的特點(diǎn)

多相流的流型復(fù)雜多變，相與相之間相互作用強(qiáng)，相界面之間存在界面擾動。由此造成多相流存在參數(shù)多、流型復(fù)雜多樣、各相間存在相對流動、影響流動因素多、各相間存在傳熱和傳質(zhì)及化學(xué)反應(yīng)等特點(diǎn)。因此，我們可以把多相流認(rèn)為是存在變動分界面的多種獨(dú)立物質(zhì)系統(tǒng)組成的物體的流動。

（三）難于計量多相流的原因

多相流計量難度很大主要有以下幾個原因：（1）多相流中含有多種不相溶混的相且個向組分之間是不均勻混合的，他們各自具有一組流動變量。即使兩相流，也可劃分為氣液、氣固、液液、液固四種，描述多相流的參數(shù)要比單相流的參數(shù)多。（2）多相流中各相的體積百分?jǐn)?shù)以及分散相的顆粒大小變化范圍寬，各組分之間存在相互作用，引起流動性質(zhì)及流動結(jié)構(gòu)變化大。（3）多相流中有多種流動形式，流型的不同及各相間相對速度不同也會引起流動狀況的很大改變。例如氣固流化床中氣流速度對流動結(jié)構(gòu)影響很大。（4）多相流中各相的物理性質(zhì)及相與相之間界面的表面現(xiàn)象都是影響多相流的重要因素及各相的性質(zhì)、含量及流動參數(shù)決定了流動形態(tài)，不同的流型可用不同的方法來處理。

二、通過現(xiàn)代技術(shù)手段和信號處理技術(shù)相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)多相流計量

（一）通過軟測量技術(shù)實(shí)現(xiàn)多相流計量

軟測量是一種利用較容易在線測量的的過程變量（稱為輔助變量）和離線分析信息去估計不可測或難以直接測量的待測變量（稱為主導(dǎo)變量）的方法。軟測量一般情況下是在成熟的硬件傳感器基礎(chǔ)上，以計算機(jī)技術(shù)為支撐平臺，通過應(yīng)用數(shù)學(xué)模型運(yùn)算處理而完成的。因此，也可把實(shí)現(xiàn)軟測量功能的實(shí)體看成是一種軟儀表，它可利用多種易測變量傳感器信息和先驗(yàn)分析信息，通過軟測量模型計算處理得到所需檢測的難測或不可測參數(shù)的信息。通過軟測量技術(shù)實(shí)現(xiàn)多相流的計量主要包括以下四個步驟：（1）選取輔助變量：正確選取輔助變量是能夠準(zhǔn)確、簡潔計算各相流量的基本；（2）處理輔助變量的相關(guān)數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)的處理直接決定了流量計算的準(zhǔn)確性；（3）建立軟測量模型：基于多種模型的存在，正確選擇軟測量模型才能保證簡單、快捷、準(zhǔn)確的計量；（4）軟測量模型的在線校正。

（二）實(shí)現(xiàn)多相流計量的軟測量建模方法

目前，在多相流檢測領(lǐng)域存在多種軟測量建模的方法，其常用的方法主要有以下幾種：（1）基于工藝機(jī)理分析的軟測量建模；（2）基于回歸分析的軟測量建模；（3）基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的軟測量建模；（4）基于模式識別的軟測量建模；（5）基于模糊數(shù)學(xué)的軟測量建模；（6）基于支持向量機(jī)（Support Vector Machines， SvMs）的方法；（7）基于現(xiàn)代非線性信息處理技術(shù)的軟測量建模；（8）基于多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)的測量方法；（9）基于虛擬儀器技術(shù)的測量方法。

結(jié)語

軟測量計量技術(shù)為解決多相流計量這一技術(shù)難題提供了一條有效途徑，近年來得到了迅速發(fā)展，國內(nèi)外很多機(jī)構(gòu)也積極探索研究將軟測量技術(shù)完全應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)中，從而實(shí)現(xiàn)多相流計量的計量準(zhǔn)確、穩(wěn)定、適應(yīng)性強(qiáng)、成本低。但是雖然經(jīng)過多年的發(fā)展形成了一定的理論體系，也達(dá)到了一定的技術(shù)水平，但距離將軟測量技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際計量中，尚有很長的路。相信隨著科技的發(fā)展及多相流體力學(xué)的深入研究，將軟測量的理論技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際的諸多問題終將得以克服，使軟測量技術(shù)完全應(yīng)用于多相流的計量領(lǐng)域。

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篇10

關(guān)鍵詞：單片機(jī) 氣體流量 實(shí)時采集 人機(jī)交互 自動控制

中圖分類號：TP216 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）04（c）-0009-02

氣體質(zhì)量流量控制器（MFC）是一種能夠?qū)怏w流量進(jìn)行測量與控制的設(shè)備。隨著真空領(lǐng)域和半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，氣體流量控制器的重要性更加突顯出來，它的主要作用是對氣體的流量進(jìn)行精確地檢測和控制，以達(dá)到工藝要求。在半導(dǎo)體制作過程中，如分子束外延、等離子刻蝕、擴(kuò)散等關(guān)鍵工藝，都要求對氣體的流量進(jìn)行嚴(yán)格的控制。氣體流量控制器在現(xiàn)代新能源新材料領(lǐng)域中應(yīng)用也非常廣泛，如在單晶硅、多晶硅、非晶硅、太陽能集熱管以及太陽能電池等的生產(chǎn)制造過程中，也需要通過氣體流量控制器來對氣體的流量進(jìn)行精確的計量和嚴(yán)格的控制。

1 工作原理

總體設(shè)計方案如圖1所示，被檢測的氣體通過一個流量傳感器，傳感器實(shí)時采集流量數(shù)據(jù)，并送到A/D轉(zhuǎn)換器，即可得到數(shù)字化的流量信息，再與設(shè)定值進(jìn)行比較，根據(jù)比較所得的差值，控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)向，通過齒輪傳動進(jìn)而調(diào)節(jié)閥門的開度大小，實(shí)現(xiàn)流量的自動控制。該裝置以單片機(jī)作為核心控制芯片，采用PID控制算法，并提供基本的人機(jī)交互界面，配備有12864液晶顯示屏和獨(dú)立按鍵，通過LCD顯示器輸出氣體的瞬時流量和累積流量。

2 設(shè)計方案及選材

2.1 電源部分

本裝置總的供電系統(tǒng)如圖2所示。

2.1.1 穩(wěn)壓電路

本裝置采用8～10 V的蓄電池作為電源，由于單片機(jī)、舵機(jī)和A/D轉(zhuǎn)換芯片（ADC0804）所需電壓均為5 V，因此在蓄電池后，需加穩(wěn)壓電路使其電壓降低才能達(dá)到各部分對電壓的要求。

本裝置采用線性LM2940穩(wěn)壓芯片，其具有紋波小、轉(zhuǎn)換效率高、電路結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)。其部分參數(shù)如下：輸出電壓固定的低壓差三端穩(wěn)壓器；輸出電壓5 V；輸出電流1A；輸出電流1A時，最小輸入輸出電壓差小于0.8 V；最大輸入電壓26 V；工作溫度 -40 ℃～+125 ℃；內(nèi)含靜態(tài)電流降低電路、電流限制、過熱保護(hù)、電池反接和反插入保護(hù)電路。

2.1.2 傳感器供電電路

因?yàn)榱髁總鞲衅鞯墓ぷ麟妷簽?～18 V，故蓄電池可以直接給傳感器供電，如圖2所示。

2.2 控制部分

控制系統(tǒng)的設(shè)計方案如圖3所示。

2.2.1 單片機(jī)芯片的選擇

以STC89C52芯片作為微處理器，其主要特點(diǎn)：低功耗、高性能，具有8k字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器，512字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，3個16位定時器/計數(shù)器，最高運(yùn)作頻率35 MHz等等。基于其以上功能特性，該芯片可以很好地滿足系統(tǒng)設(shè)計的需要。

2.2.2 流量傳感器的選擇

選擇美國矽翔微機(jī)電系統(tǒng)公司生產(chǎn)的FSG4003熱式質(zhì)量流量傳感器進(jìn)行氣體流量的數(shù)據(jù)采集，該傳感器的主要特點(diǎn)：靈敏度高，有極小的始動流量；傳感器芯片采用熱質(zhì)量流量計量，無需溫度壓力補(bǔ)償，保證了傳感器的高精度計量；在單個芯片上實(shí)現(xiàn)了多個傳感器集成，使傳感器的量程比大大提高；零點(diǎn)穩(wěn)定度高，低功耗，響應(yīng)時間快等。這一傳感器適用于各類清潔氣體，獨(dú)特的封裝技術(shù)使之可用于各類管徑，成本低、易安裝，可替代容積式或壓差式的傳統(tǒng)流量傳感器。其性能指標(biāo)見表1。

流量傳感器采集的模擬信息經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為單片機(jī)可以處理的數(shù)字信息。再按照圖4中的轉(zhuǎn)化關(guān)系，就可計算出氣體的質(zhì)量流量，進(jìn)而通過液晶顯示器顯示出來。

2.2.3 人機(jī)交互系統(tǒng)

人機(jī)交互系統(tǒng)可以分為2個獨(dú)立的小模塊，即鍵盤信號識別和LCD顯示，本裝置選擇獨(dú)立按鍵作為外部輸入，12864液晶顯示流量信息。人機(jī)交互系統(tǒng)的核心主要任務(wù)有3個：第一是設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)。第二是控制系統(tǒng)狀態(tài)。第三是通過顯示器輸出計量結(jié)果和系統(tǒng)狀態(tài)信息。

2.2.4 自動控制閥部件

本裝置通過齒輪傳動把舵機(jī)和調(diào)節(jié)閥連接起來，如圖5所示。

3.3 程序設(shè)計部分

其主流程圖如圖6所示。計算任務(wù)和控制任務(wù)是流量控制裝置的一個核心任務(wù)，根據(jù)流量傳感器采集的流量參數(shù)計算出流量信息，并根據(jù)PID算法完成對流量閥開度的調(diào)節(jié)。

3.3.1 PID算法

PID算法是目前一般控制領(lǐng)域中經(jīng)常使用的自動控制算法，它依據(jù)給定的設(shè)定值，反饋值，以及比例系數(shù)，積分和微分時間，計算出一定的控制量，使被控對象能保持在設(shè)定的工作范圍，并且可以自動的消除外部擾動。該裝置采用PID算法作為控制流量的主要算法。下面介紹PID算法的實(shí)現(xiàn)以及其離散化的過程和依據(jù)。

位置式PID算法在時域的傳遞函數(shù)表達(dá)式：

對上式中的微分和積分進(jìn)行近似

式中：為離散點(diǎn)的個數(shù)。

于是傳遞函數(shù)可以簡化為：

其中：

用經(jīng)驗(yàn)法確定了一組調(diào)節(jié)參數(shù)：，，。

3.3.2 本裝置可實(shí)現(xiàn)兩個的功能

功能1：氣體以恒定的流速輸出。通過按鍵設(shè)定流量值，控制器把瞬時流量值和設(shè)定值進(jìn)行比較。若該差值大于瞬時流量穩(wěn)定度，控制器就會發(fā)出命令，驅(qū)動舵機(jī)正旋或反旋來調(diào)節(jié)閥門，使瞬時流量值接近或等于設(shè)定值。

功能2：氣體輸出某一恒定質(zhì)量的氣體。通過按鍵設(shè)定總流量值，控制器通過積分運(yùn)算計算出累積流量，并設(shè)定值進(jìn)行比較，當(dāng)累積流量等于設(shè)定值時，控制器發(fā)出命令，驅(qū)動舵機(jī)關(guān)閉閥門。

4 結(jié)語

基于真空領(lǐng)域和半導(dǎo)體領(lǐng)域?qū)怏w流量控制器的需求，市場上現(xiàn)有的流量控制器大都針對較大流量氣體的控制，不能滿足小流量氣體的測量與控制的要求。本文設(shè)計了一種新型的氣體流量的精密測量與自動控制裝置，該裝置采用FSG4003熱式質(zhì)量流量傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)對氣體流量信息的快速、精確測量，單片機(jī)作為微處理器，模塊集成化高，處理速度快，采用PID算法，使控制更迅速。裝置配備了較好的人機(jī)交互界面，使流量顯示更直觀，操作起來更便捷。此外，與市場上氣體流量控制器相比，該裝置具有價格低廉，裝配容易的優(yōu)勢，具有較好的應(yīng)用前景。

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